[发明专利]一种高效光催化去除高浓度硝酸盐的光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效光催化去除高浓度硝酸盐的光催化材料及其制备方法和应用,制备方法包括如下步骤：步骤一、制备柠檬酸盐稳定化的银纳米颗粒；步骤二、合成及功能化修饰SiO₂；步骤三、制备Ag/SiO₂；步骤四、制备Ag/SiO₂@cTiO₂核壳结构。本发明制备的光催化材料还原催化活性高，能够快速去除高浓度硝酸盐并达到较高的氮气选择性。同时，由于二氧化钛外壳的保护，这种材料具有较好的稳定性，并能在高浓度氯离子共存的情况下去除水中的高浓度硝酸盐。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，涉及一种光催化材料，尤其涉及一种高效光催化去除高浓度硝酸盐的光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于越来越多化石燃料的燃烧、工业和农业对含氮原料的需求量持续增长以及使用效率的普遍低下，大量源于人类活动的硝酸盐流失进入水体成为地表和地下水含量最多的污染物之一，造成一系列的环境和人类健康问题。世界各国和组织均对饮用水中硝酸盐含量设立了严格的浓度上限。光催化反硝化作为一种相对较新的环境友好型技术，以简便高效、无二次污染等优势成为去除水体中硝酸盐的研究热点。然而，光催化反硝化产物的选择性、复杂体系高浓度硝酸盐中光催化剂的活性与稳定性等问题限制了光催化反硝化技术在实际中的应用。

专利申请号为2015102738202的发明申请公开了贵金属纳米颗粒选择性修饰的二氧化钛材料及其制备方法和应用，该申请公开了一种贵金属纳米颗粒选择性修饰在二氧化钛不同晶面的光催化材料的制备方法并应用在水体硝态氮的还原去除。这种材料制备过程需要经过长达96小时以上的制备过程，制备过程极其繁琐，尽管对硝酸盐有较好的去除效果但是未对氮气选择性以及材料循环使用的稳定性做出评估，难以实际应用。

专利申请号为201610891842的发明申请公开了一种光催化还原脱除水中硝态氮的方法，该发明公开了一种Ag-Ag₂O/TiO₂复合光催化体剂，可在甲酸作为牺牲剂时进行光催化反硝化脱氮，然而这种催化剂面对高浓度硝酸盐时的催化效果未作评估，且在复杂体系(存在Cl-)时Ag容易和Cl-反应生成氯化银而失活。

专利申请号为201910126461.6的发明申请公开了一种高效光催化还原水中硝酸盐的氮化物类催化剂及其水处理方法，该发明公开了一种化学式为X_x N_y的共价型氮化物，虽然其对硝酸盐具有较高的去除率，然而其氮气选择性较低，只有不到50％大大限制了其应用。

综上，目前单一二氧化钛基光催化剂存在还原去除硝态氮效率低、选择性差等问题，而改性过二氧化钛普遍存在对高浓度硝酸盐还原效率低下以及复杂体系中稳定性差等问题。

发明内容

本发明提供一种高效光催化去除高浓度硝酸盐的光催化材料及其制备方法和应用，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种高效光催化去除高浓度硝酸盐的光催化材料制备方法，具有这样的特征：包括如下步骤：

步骤一、制备柠檬酸盐稳定化的银纳米颗粒：将作为稳定剂的柠檬酸钠溶液加入到硝酸银溶液中，在室温下将硼氢化钠溶液逐滴加入至上述混合物中剧烈搅拌，得到黄褐色银纳米颗粒溶胶溶液。

步骤二、合成及功能化修饰SiO₂：将少量硅酸四乙酯逐滴加入到水、氨水和异丙醇的混合溶液中，在水浴下激烈的搅拌使反应持续形成二氧化硅种子(呈白色悬浊状液体)，然后再次逐滴加入硅酸四乙酯到反应体系中反应，之后经过离心、洗涤、干燥后处理步骤得到SiO₂微球；

为使SiO₂表面带正电荷，将合成的SiO₂超声分散于乙醇中，然后加入APTES在水浴条件下搅拌，最后通过离心、乙醇反复洗涤、干燥后处理步骤得到APTES-SiO₂；